Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что возникновение, формирование и развитие целого ряда белков и белковых семейств позвоночных животных происходит у рыб и рыбообразных. При этом основные эволюционные преобразования для большинства белков и их семейств завершаются у рыб, и в последующих классах позвоночных существенных трансформаций уже не наблюдается. Поскольку на начальных этапах эволюции белков отмечается значительное их разнообразие как по структурным, так и по функциональным параметрам, анализ структурных и функциональных особенностей белков в различных таксонах рыбообразных и рыб позволяет подойти к пониманию основных закономерностей их эволюции у позвоночных в целом. Особый интерес представляют исследования по выявлению возможных механизмов, вызывающих наблюдаемые преобразования. С одной стороны, эволюция белков может быть обусловлена собственно организменной эволюцией. При этом наблюдается согласованность прежде всего структурных изменений с филогенезом организмов. С другой стороны, и это касается функциональных свойств белков, определяемых параметрами устойчивости пространственной организации молекул и формирования функциональных центров, изменения могут быть вызваны адаптацией к средовым воздействиям (Шульц, Ширмер, 1982; Хочачка, Сомеро, 1977). Вышесказанное наиболее актуально в отношении белков системы крови, поскольку последняя является специфическим приобретением и характерной чертой всех хордовых животных. Необходимой предпосылкой успешного развития работ в этом направлении должно быть всестороннее изучение структуры и функций основных групп белков крови и их строгая идентификация у рыб. Рыбы и рыбообразные, и в особенности первичные таксоны, к которым относятся хрящевые и хрящевые ганоиды -наиболее удобный и информативный материал при исследовании физико -химических свойств белков. Однако, степень изученности белков крови рыб (за исключением гемоглобина и иммуноглобулина) крайне низкая, особенно в плане анализа их физико - химических характеристик и связи последних с субъединичной структурой.
Цель работы. В ходе настоящего исследования решались следующие задачи: I - идентификация основных групп белков крови различных по экологии и таксономическому положению рыб; II - описание основных структурных и
функциональных преобразований белков; III - анализ закономерностей формирования белковой системы крови рыб; IY - определение роли преобразований структурной организации и физико-химических свойств белков в формировании адаптивной стратегии белковой системы крови рыб.
Научная новизна работы. Впервые проведено исследование практически всех основных высоко- и низкомолекулярных белков сыворотки крови представителей 3 таксонов рыб (хрящевых, хрящевых ганоидов, костистых), различающихся как в таксономическом, так и в экологическом отношении. На основе исследования структуры-и функций идентифицированы основные группы белков крови: альбумины и альбуминоподобные белки, трансферрины, гем-содержащие пероксидазы, гаптоглобины. Впервые обнаружены и описаны пероксидазы и альбуминоподобные белки катрана; аг-нейраминогликопротеин у осетровых; "челнок" - транспортный белок у леща и судака, меняющий параметры молекулярной массы (ММ) и электрофоретической подвижности (Rr) в зависимости от физиологического состояния организма; "быстрый белок* -белок с высоким значением Rf, появляющийся только накануне нереста; показано, что альбумин леща, по всей видимости, состоит из 2 ковалентно связанных субьединиц. Представляется вероятным, что обнаруженная у леща, стерляди и севрюги в зоне подвижности оз-глобулинов субьединица с ММ около 20 кД может быть структурным аналогом оц-цепи гаптоглобина высших позвоночных, что, в свою очередь, позволяет предположить возможность структурной дупликации гена at - цепи гаптоглобина не у непосредственных предков Homo sapiens (Шупьц, Ширмер, 1982), а у хрящевых ганоидов. Впервые показано, что белки крови костистых рыб полифункциональны в отличие от специализированных белков крови хрящевых и хрящевых ганоидов. Выявлены существенные различия молекулярной структуры белков не только между таксонами, но и внутри них, между видами, имеющими различный экологический статус. Анализ структурных и функциональных характеристик и взаимосвязь последних с таксономическим и экологическим статусом позволил установить приспособительный характер выявленных различий и считать, что изменения структуры исследованных белков имеют адаптивную природу и вызваны влиянием внешних условий и особенностей внутренней среды существования как отдельных представителей, так и таксонов в целом.
Практическое значение. Исследование структуры и физико-химических свойств белков крови и установление эволюционного и экологического значения выявляемых особенностей необходимы для сферы рационального природопользования, в деле охраны генофонда, практики рыборазведения и реинтродукции, при разработке систем контроля и мониторинга. Помимо этого, возможно использование результатов работы в области биотехнологий, связанных с синтезом белков, а также при создании тест-систем клинико-диагностического характера.
Апробация. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Конференциях Молодых Ученых (Борок, 1984; 1986), на IX Совещании по эволюционной физиологии (Ленинград, 1986), і Симпозиуме по экологической биохимии рыб (Ярославль-Ростов, 1987), на ежегодных научных сессиях Института биологии внутренних еодим.ИД.Папанина РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, 1 находится в печати.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 199 машинописных страницах, содержит 11 таблиц и 34 рисунка. Список литературы включает 188 источников, из которых 89 - зарубежных авторов. Приложение содержит 7 таблиц и 13 рисунков.